Suszenie i termiczne przekształcanie osadów z - TOMM-C

Suszenie i termiczne
przekształcanie osadów
z oczyszczalni ścieków
04.09.2009
Opracowane przez
Dipl.-Ing. Thomas Obermeier, Dipl.-Ing. Sylvia Lehmann
TOMM+C
Thomas Obermeier Management & Consulting
Spis treści
• Suszenie i termiczne przekształcanie osadów z
oczyszczalni ścieków
Ø Europa
- Regulacje prawne
- Stan wykorzystywania osadów ściekowych
Ø Niemcy
-
Regulacje prawne
Stan wykorzystywania osadów ściekowych
Suszenie osadów ściekowych
Spalanie osadów ściekowych
Ø Proces suszenia osadów
Ø Proces spalania osadów
- Spalanie osadów
- Współspalanie w elektrowniach, cementowniach
- Przykład Monoverbrennungsanlage VERA, Hamburg
2
Europa – Regulacje prawne
Nowelizacja Dyrektywy
86/278/EWG Rady z dnia 12
czerwca 1986 r. w sprawie
ochrony środowiska, w
szczególności gleby, w przypadku
wykorzystywania osadów
ściekowych w rolnictwie
Nowelizacja wielokrotnie
odsuwana w czasie, w 2010 r.
przypuszczalnie brak projektów,
Na razie złożony został jedynie
dokument roboczy z 2000 roku
dotyczący obniżonych wartości
granicznych, faworyzujący
rolnicze wykorzystywanie osadów
ściekowych
Parametr
86/278/E
WG
aktualnie
[mg/kg
SM]
Ołów (Pb)
750 – 1.200
750
500
200
Kadm (Cd)
20 - 40
10
5
2
Chrom (Cr)
n.b.
1.000
800
600
Miedź (Cu)
1.000 –
1.750
1.000
800
600
Nikiel (Ni)
300 - 400
300
200
100
Rtęć (Hg)
16 - 25
10
5
2
Cynk (Zn)
2.500 –
4.000
2.500
2.000
1.500
brak
500
brak.
brak
LAS
brak
2.600
brak.
brak
DEHP ftalan di(2-
brak
100
brak
brak
brak
50
brak
brak
brak
6
brak
brak
PCB Polichlorowane bifenyle
brak
0,8
brak
brak
PCDD/F polichlorowane
brak
100 ngTE/kg TM
brak
brak
AOX adsorbowalne organicznie
Projekt
dyrektywy1)
Załącznik III/IV
[mg/kg SM]
Projekt
dyrektywy1)
2015
[mg/kg SM]
Projekt
dyrektywy1)
2025
[mg/kg SM]
związane chlorowce
liniowe benzenosulfoniany
alkilowe
etyloheksylowy)
NPE
etoksylowany nonylofenol
PAH Wielopierścieniowe
węglowodory aromatyczne
dibenzofurany/predioksyny
1)Working
3
Document on Sludge 3rd Draft 2000
Dokument Roboczy w sprawie Osadów Ściekowych, trzecia wersja 2000
Europa – Wykorzystywanie osadów ściekowych
W zależności od kraju Europy, osady z oczyszczalni ścieków są w przeważającej części
składowane (np. Grecja) lub w przeważającej części wykorzystywane –
rolnictwo/kompostowanie (np. Republika Czeska), wykorzystywane i spalane w równych
proporcjach (Niemcy, Austria) lub głównie spalane (Holandia)
Łotwa
Slowenia
Bułgaria
Estonia
Litwa
Słowacja
Rumunia
Norwegia*
Irlandia
Grecja*
Republika Czeska*
Austria*
Holandia*
Polska
Hiszpania*
Niemcy*
19,0
21,1
27,3
28,1
40,8
55,3
55,5
70,9
88,1
126,0
172,3
254,3
359,5
533,4
1 065,0
2 048,5
1)
Osady ściekowe, które nie są spalane, kompostowane,
składowane lub wykorzystywane rolniczo (np. przetwarzanie metodą
mokrego utleniania).
1)
* Dane pochodzą z roku 2006
Źródło: Eurostat 2009, własne dane
4
Niemcy – Uregulowania prawne
Rozporządzenie o Osadach
Ściekowych (niem.: AbfKlärV),
znowelizowane w 1992, komisyjny
projekt zmian - 2009, przewidywane
wejście w życie 2010
Ø Obniżenie progów zawartości
substancji szkodliwych o 70 - 90 %
Rozporządzenie o Środkach
Nawożących (niem.: DüMV),
2008
Od 2017 wartości zawartości
substancji szkodliwych z
Rozporządzenia DüMV będą dotyczyły
również osadów ściekowych
Ø Z kilkoma wyjątkami dalsze
obniżanie poziomów zawartości
substancji szkodliwych
Parametr
Rozporządz
enie
1992
[mg/kg TM]
Rozporządzen
ie Nowelizacja
[mg/kg TM]
Rozporządzen
ie dotyczące
Środków
Nawożących
86/278/EWG
aktualne
[mg/kg TM]
2008
[mg/kg TM]
Ołów (Pb)
900
120
100
750 – 1.200
Kadm (Cd)
10
2,5
1,0 bzw. 20*
20 - 40
Chrom (Cr)
900
100
300
brak
Miedź (Cu)
800
700
n.b.
1.000 – 1.750
Nikiel (Ni)
200
60
40
300 - 400
Rtęć (Hg)
8
1,6
0,5
16 - 25
Cynk (Zn)
2.500
1.500
brak
2.500 – 4.000
PCB Polichlorowane
bifenyle
0,2
0,1
brak
brak.
PCDD/F polichlorowane
100
30
brak
brak
AOX
500
400
brak.
brak
PFT
brak
0,2/0,1
0,05
brak
dibenzofurany/predioksyny
adsorbowalne
organicznie związane chlorowce
* Przy zawartości P2O5 > 5 %
Rolnicze wykorzystanie osadów ściekowych jest utrudnione przez zaostrzone
5
wartości dopuszczlane
Niemcy – Wykorzystywanie osadów ściekowych
W Niemczech, w roku 2007, zutylizowanych zostało około 2 milionów ton osadów
ściekowych, przy czym ponad 50% z tendencją rosnącą zostało poddanych
spalaniu i 50% wykorzystaniu materiałowemu – tutaj obserwujemy tendencję
zniżkową, składowanie dotyczyło 0,2% i nie odgrywa żadnej roli
2.500.000
Utylizacja osadów ściekowych
Udział w % SM
4.647
1.500.000
1.015.010
1.000.000
75.230
[t TM]
2.000.000
369.047
500.000
592.552
0
2007
Rolnictwo
Pozostałe metody wykorzystania materiałowego
Składowiska
Kształtowanie krajobrazu
Utylizacja termiczna
Składowanie
Rolnictwo
Kształtowanie krajobrazu,
kompostowanie, inne metody
wykorzystania materiałowego
Spalanie
(…) gromadzenia danych statystycznych, stąd przed 2007 dane nie sumują się do 100% podsumowania 100%, SM-suchej
masy
Źródło: Federalny Urząd Ochrony Środowiska, zestawienie danych Federalnego Urzędu Statystycznego 2008
6
Niemcy – suszenie osadów ściekowych
W Niemczech funkcjonuje około 70
instalacji suszenia osadów
ściekowych
Instalacje suszenia
osadów ściekowych – stan 2004
< 1.000 t SM/rok
1.001 - 9.999 t SM/rok
> 10.000 t SM/rok
7
Niemcy – suszenie osadów ściekowych
W zależności od wydajności instalacji suszenia osadów ściekowych preferowane są różne
metody. W niewielkich instalacjach przeważa suszenie energią słońca i zimnym
powietrzem, w średnich instalacjach stosuje się suszarki bębnowe, a w dużych suszarki
tarczowe
Suszarka bębnowa
Suszarka fluidalna
Suszarka tarczowe
Suszarka sitowa/taśmowa
Suszarka słoneczna
Suszarka niskotemperaturowa
Suszarka cienkowarstwowa
Pozostałe
Metoda suszenia
Ilość instlacji
Suszarka bębnowa
18
Suszarka tarczowa
14
Suszarnia słoneczna
10
Suszarnia niskotemperaturowa
9
Suszarka fluidalna
6
Suszarka sitowa/taśmowa
5
Suszarka cienkowarstwowa
5
8
Niemcy – spalanie osadów ściekowych
W Niemczech funkcjonuje 17
instalacji spalania wyłącznie
osadów ściekowych o łącznej
wydajności rocznej około
550.000 t s.m.
W pięciu instalacjach należących
do dużych zakładów
przemysłowych: Wacker, BASF,
Infraserv, Ciba i Infracor
współspalanych jest rocznie około
66.000 t s.m..
W 27 elektrowniach można spalić
783.000 t s.m.
W 9 spalarniach odpadów można
spalić 140.000 t s.m..
9
Niemcy – spalanie osadów ściekowych
W analizie wzrostu wydajności spalania osadów ściekowych, których w sumie
około 2 miliony ton rocznie poddawanych jest przetworzeniu termicznemu,
można zauważyć, że tendencja zwyżkowa dotyczy głównie współspalania z
węglem i odpadami, ale także w cementowniach
Verbrennungskapazitäten
[t TM/a]
Wydajność spalarni (w tonach SM rocznie)
Wydajność spalania długofalowo
2003
2004
2005
Kapazitäten langfristig
Monoverbrennung
Komunalne
spalarnie osadów
kommunal
378.000
482.800
550.000
550.000
Monoverbrennung
Przemysłowe
spalarnie osadów
industriell
40.000
40.000
66.000
66.000
310.000
667.000
783.000
1.200.000
Müllverbrennungsanlagen
Spalarnie
odpadów
46.000
49.000
71.000
130.000
Zgazowanie
Vergasung
55.000
55.000
65.000
65.000
Elektrownie
węglowe
Kohlekraftwerke
Zementwerke
Cementownie
Suma
Summe
829.000
85.000
85.000 ~ 190.000
1.378.800 1.620.000 2.201.000
Źródło: Termiczne przetwarzanie osadów ściekowych – spalanie i współspalanie - G.Hiller, Zweckverband Klärwerk Steinhäule
Klärschlammverwertung Mono- oder Mitverbrennung, G.Hiller, Zweckverband Klärwerk Steinhäule
10
Metody spalania
Spalanie
Metody alternatywne
Współspalanie
Przemysłowe
Przemysłowe
Przemysłowe
ØZłoże fluidalne
ØPiece piętrowe (półkowe)
ØPiec półkowy ze złożem fluidalnym
ØPiec cyklonowy
ØFlammenkammerc1
Małe instalacje
ØZłoże fluidalne
- KALEGO
- ES+S
- Krüger, PYROFLUID
ØRuszt
- Aldavia, AWINA
- Krüger, BioCon
- Huber, sludge2 energy
ØSpecjalne
- Andritz EcoDry1)
- Eisenmann, Pyrobuster 2)
1)
Piec cyklonowy
2)
rotacyjny
ØZgazowanie
ØSpalanie odpadów
- Złoże stałe pod ciśnieniem
- Spalanie rusztowe
- Generator fluidalnego zgazowywania
c2
ØSpalanie
węgla
- Konwersja
- Palenisko z suchym odprowadzeniem
- Metoda Thermoselect
- Spalanie fluidalne
ØPiroliza
- Paleniska pyłowe
- Metoda Schwel – brenn - verfahren
c3
- Spalanie wysokotemperaturowe c4
- Konwersja niskotemperaturowa
- Paleniska wysokotemperaturowe
ØPrzemysłowe
Małe instalacje
- Produkcja cementu
ØZgazowanie
- Produkcja wapna
- Kopf AG, Kopf-verfahren
- Produkcja asfaltu
- G&A / Unitechnik
- Spalanie osadów z papierni
- OHL / Polytherm
ØPiroliza
- Termokataliza
- PYROMEX
- US Prozesstechnik,
HD-PAWA-Therm
11
Źródło: atz
Folie 11
c1
W tym wypadku nie znajduję odpowiednika w PL
comprende.pl; 08.09.2009
c2
Nie mam pewności, ale też brak źródeł
comprende.pl; 08.09.2009
c3
http://oen.dydaktyka.agh.edu.pl/dydaktyka/inzynieria_srodowiska/c_utylizacja_odpadow/index1.php?menu=06&domenu=06/10&nrPorzadkowy=7&strona=0
brak innych źródeł
comprende.pl; 08.09.2009
c4
W obu przypadkach chodzi o paleniska osiągające temperatury pozwalające na topienie żużla
comprende.pl; 08.09.2009
Koszty wykorzystywania osadów ściekowych
Małe spalarnie - osady suche
Małe spalarnie – osady odwodnione
Małe instalacje –Piroliza – suche
Małe instalacje – Piroliza – odwodnione
Spalanie – przemysłowe – suche
Spalanie – przemysłowe –odwodnione
Elektrownie – suche
Elektrownie – odwodnione
Cementownie – suche
Cementownie – odwodnione
Spalarnie odpadów – suche
Spalarnie odpadów – odwodnione
Składowanie
Uprawa – suche
Uprawa – odwodnione
Uprawa – mokre
Rolnictwo – suche
Rolnictwo – odwodnione
Rolnictwo - mokre
Quelle: atz, Nov. 2008
12
Metody spalania osadów ściekowych - porównanie
Spalanie decentralnie
Spalanie centralnie
Spalanie
odpadów
Spalanie Spalanie Cementownie elektrownie
Ø Bezpieczeństwo ekol.
+
+
+
+
+
ØWykorzystanie energii
-/+
-
-
-/+
+
ØFosfor
+
+
-
-
-
ØKoszty
-
-/+
-/+
+
+
13
Przykład spalarni osadów VERA, Hamburg
Schemat – przekrój instalacji
Komin kotła - utylizatora
Zbiornik na dostarczane osady (odbieralnik)
Schładzanie spalin
Zbiornik regulacyjny
Separator pyłów lotnych (filtr tkaninowy)
Zbiornik na piasek
Piec ze złożem fluidalnym
Wznoszący podajnik taśmowy –
osady ściekowe i skratki
komin
Zbiorniki na popiół
elektrofiltry
Turbina gazowa i generator
Kocioł utylizator
Wymiennik krzyżowy
Płuczka HCL
Płuczka SO2
14
Przykład instalacji spalania osadów VERA, Hamburg
Prowadzenie instalacji - PPP
Przedsiębiorstwo energetyczne
Vattenfall Europe
New Energy GmbH
55 ⅔ %
Zleceniodawca:
Hamburger
Stadtentwässerung
Zlecenie na
usługę
Gmina
Przedsiębiorstwo gospodarki ściekami
Hamburger
Stadtentwässerung
11 %
Remondis Aqua
GmbH & Co. KG
33 ⅓ %
VERA
Generalny wykonawca:
Klärschlamm- Umowa generalnego Deutsche
verbrennung
wykonawcy
Babcock
Anlagen
GmbH
15
Przykład instalacji spalania osadów VERA, Hamburg
Przepływ energii
Ø Doprowadzana energia pochodzi po
połowie z energii osadów
ściekowych/skratek i biogazu z
fermentacji osadów
Ø Dzięki wykorzystaniu kotła
zintegrowanego w procesie gazowo parowym osiąga się wysoki współczynnik
sprawności
Przepływ energii w instalacji VERA c5
Ogień dodatkowy
Ogień wspomagający
Ogień wspomagający
Osady ściekowe/skratki
Turbina na gaz
fermentacyjny
Straty pieca
Straty kotła
Odpowiada
prądowi
Prąd
Turbina gazowa
Para procesowa
Turbina parowa
Zapotrzebowanie na
energię
Kondensator
Zapotrzebowanie na
energię
Wszystkie dane w
Prąd netto
Turbina parowa
Dane z roku
16
Folie 16
c5
Proszę o sprawdzenie tego diagramu - nie mam odnośników w PL więc cieżko mi ręczyć za to głową
comprende.pl; 08.09.2009
Przykład instalacji spalania osadów VERA, Hamburg
Roczne emisje – średnie dane dotyczące stężeń
Wszystkie
dane w
Wszystkie
dane w
Fed. Rozp. O Ochronie przed
Imisjami
Pozwolenie
Średnie
wartości ‘08
Średnie
wartości ‘07
Dane na temat średnich stężeń i ilości
szkodliwych substancji i pyłów pokazują,
że wartości te znajdują się znacząco
poniżej wartości zapisanych w
pozwoleniach
Średnie
wartości ‘06
Średnie wartości z
lat poprzednich
Roczne emisje – 2008 - Ładunek
Fed. Rozp. O Ochronie przed
Imisjami
Ton
rocznie
Emisja
Pozwoleni
e
Średnie wartości z lat poprzednich
Średnie wartości ‘06
Średnie wartości ‘07
Średnie wartości ‘08
Pozwolenie
Procent
Stężenia substancji szkodliwych
17
Przykład instalacji spalania osadów VERA, Hamburg
Roczne emisje – średnie dane dotyczące stężeń – z
próbek
Średnie wartości stężeń szkodliwych
substancji, metali ciężkich, PCDD/F
dioksyn wynoszą zdecydowanie
mniej, niż wynika z wartości w
pozwoleniach, a w przypadku dioksyn
wynoszą mniej niż połowę wartości
emisji z nowoczesnej spalarni
odpadów
Wszystkie
dane w
Wszystkie
dane w
Fed. Rozp. O Ochronie przed
Imisjami
Pozwolenie
Średnie
wartości ‘08
Średnie
wartości ‘07
Średnie
wartości ‘06
Średnie wartości z
lat poprzednich
Fed. Rozp. O Ochronie przed
Imisjami
Pozwoleni
e
Średnie wartości z lat poprzednich
Fed. Rozp. O Ochronie przed
Imisjami spalarnia
Nowoczesna
Średnie wartości ‘06
Średnie wartości ‘07
Średnie wartości ‘08
Ilości wykazane
Stężenia substancji szkodliwych
18
Kontakt:
TOMM+C Thomas Obermeier Management & Consulting
Dipl.-Ing. Thomas Obermeier
Dipl.-Ing. Sylvia Lehmann
Nieritzweg 23
D-14165 Berlin
Tel.: +49 30 84 50 95 53
Fax: +49 30 815 96 99
E-Mail: [email protected]